[發明專利]一種航空用新型混雜復合材料鉚接方法及裝置

有效

• 申請號: 201710864649.1
• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN107662350B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 陶杰;田精明;劉成;李華冠;林炎炎;陸一;陳虞杰;華小歌
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B29C65/60
• 分類號: B29C65/60;B64F5/10;B29L31/30
• 代理公司: 北京恒創益佳知識產權代理事務所(普通合伙) 11556
• 代理人: 宋華

本發明公開了一種航空用新型混雜復合材料鉚接方法及裝置，包括頂把、鉚槍、鉚槍沖頭、上復合材料墊圈、下復合材料墊圈、金屬墊圈，頂把頂部設置有容納鉚釘釘頭的凹陷部，鉚釘釘頭置于頂把的凹陷部中，鉚釘桿部穿過混雜復合材料的鉚釘孔，頂把和混雜復合材料底部之間為下復合材料墊圈，下復合材料墊圈中間設置有空洞，鉚釘釘頭可穿過，鉚釘釘頭在頂把和下復合材料墊圈的保護下，鉚接錘擊過程中不會發生形變。本發明可以有效解決纖維金屬超混雜層板的鉚接工藝問題，顯著提高該層板鉚接結構的服役穩定性和疲勞壽命。

技術領域

本發明屬于復合材料裝配連接技術領域，特別涉及新型纖維金屬超混雜層板的鉚接方法及裝置。

背景技術

我國的大飛機項目正處在高速發展期，而且越來越重視輕量化。大飛機使用壽命長和使用頻率高的特點，易使機體蒙皮產生疲勞裂紋及沖擊損傷。在此背景下，新型混雜復合材料——纖維金屬超混雜層板應運而生，該新型纖維金屬超混雜層板由金屬和纖維增強復合材料交替鋪層后，在一定的溫度和壓力下固化而成。該層板符合輕量化生產要求的同時還能提供優于傳統材料的性能。由于該層板外層的金屬起到了阻礙水分浸入的作用，其抗濕性能優越于傳統的樹脂基復合材料，使其更好的適合于高濕服役環境。同時，憑借樹脂基復合材料的優異抗腐蝕性能，層板在外層金屬腐蝕后，會終止于纖維層，這就使得層板的抗腐蝕性大大提高，并保持層板的基本性能，保證構件的結構安全。此外，不同的纖維鋪層方向或鋪層數使得層板具有可設計性，針對不同的服役環境，可實現層板結構的靈活選用。

鑒于該層板在大飛機上的應用，現代航空構件的連接中大量使用鉚接，而且鉚接是寬體客機機身蒙皮縱向連接最為可靠的方式。但由于該層板不同于普通金屬材料，其多界面、非均質的特性導致其變形十分復雜，并存在一定的缺口敏感性，因此在鉚接過程中會出現其他材料不會出現的問題，包括可能降低接頭疲勞性能，有的甚至直接導致接頭失效。

另一方面，疲勞破壞是飛機喪失工作能力的基本原因。結構的抗疲勞性決定著該結構的壽命，它是主要的耐久特性，因此也是主要的可靠性特性。從影響機體壽命的角度看，飛機結構上每一個連接孔都是一個潛在的疲勞源。因此，對纖維金屬超混雜層板鉚接連接件的疲勞壽命的研究顯得尤為重要。

鉚接工藝中干涉量是最為重要的參數之一，干涉鉚接質量主要取決于鉚接變形過程中釘桿與連接孔的干涉狀態。干涉配合鉚接使釘桿均勻鐓粗，在整個釘孔中對孔壁的擠壓力比較均勻，形成均勻的干涉配合，改善了構件的強度和密封性。在外載荷作用下，由于干涉配合在孔邊緣處產生的預應力，使該處切向拉應力顯著降低；而且鉚釘與釘孔接觸面上產生較大摩擦力，承擔了一部分外載荷，釘桿對孔壁的支撐作用，改善了釘孔的受力狀態；再加上釘桿均勻鐓粗對孔壁擠壓強化，因此推遲了初始裂紋的產生，降低了細微裂紋的擴展速度，從而顯著提高了鉚接處的疲勞壽命。

CN 104096792 A、CN 1712744 A、CN 103733385 A和CN 103600016 A中均只提出了金屬鉚接的裝置和方法，均缺乏對于干涉量的考量，從而無法對層板鉚接件的疲勞壽命進行控制。

基于以上研究背景，本發明提出采用專用裝置和特定鉚接參數對新型纖維金屬超混雜層板進行鉚接，以滿足大型飛機中使用纖維金屬超混雜層板連接裝配的需求。該發明的具體意義在于設計出適用于該層板鉚接的專用裝置，并且優化了層板鉚接參數，可顯著降低該層板在鉚接過程中出現缺陷的幾率。在此鉚接參數下，可定量控制層板鉚接件的干涉量，提高鉚接結構的疲勞壽命，同時顯著降低商用成本。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服上述難題，提供一種航空用新型混雜復合材料鉚接方法及裝置。

本發明技術方案如下：